Всё что нужно знать о магнитном потоке
Магнитным потоком называется одна из того множества физических концепций, что остаются вне поля зрения большинства обывателей и ассоциируются у них в лучшем случае либо с чем-то занудным и бесполезным, когда-то пройденным в школе, либо и вовсе с какой-нибудь псевдонаучной теорией. Тем не менее, данный термин напрямую связан с явлением, наделённым исключительной ролью в современной физике, технике и быту — электромагнитной индукцией, и не может рассматриваться отдельно от нее.
Характеристики МП
Краткая история открытия
Понятие под названием «магнитный поток» было сформулировано самым выдающимся учёным эпохи королевы Виктории — Майклом Фарадеем. Ещё до него датчанин Ганс Кристиан Эрстед открыл то, что электричество порождает магнитную силу, а французы Био и Савар вывели закономерности, действующие при этом. Фарадей же искал обратное решение, веря, что магнитные силы способны возбудить электрический ток.
Размышляя над этой проблемой, экспериментатор придумал и провел несколько опытов, на первый взгляд доступных даже школьнику, но в то время бывших прорывом. Он намотал две катушки, которые, как известно, способны генерировать магнитное поле. Запитав их, Фарадей ожидал, что при включении одной катушки в другой начнется соответствующее электрическое движение. Первые опыты, однако, успехом не увенчались.
Позже по случайности было замечено, что ток возникает лишь в моменты включения или выключения первой катушки. Фарадей понял, что появлению тока способствует изменение магнитного поля или, точнее говоря, изменение магнитного потока. Понятие «магнитный вектор или поток» исследователь ввел позже, пытаясь создать строгие формулировки для найденного им феномена.
Что называют магнитным потоком
Наглядно магнитный поток можно представить, как проекцию пучка или потока силовых линий магнитного поля — линий магнитной индукции В (совокупность этих линий ещё называют плотностью магнитного потока) на перпендикуляр, приложенный к определенной площади пространства. Чем отвеснее падает вектор B на плоскость, тем больше его проекция на перпендикуляр — магнитный поток, который обозначается буквой Ф.
Определение магнитного потока
Более строго магнитный поток Ф определяется именно как поток вектора магнитной индукции, проходящий через некую поверхность. Плотность магнитного потока вычисляется как интеграл, то есть, сумма потоков, бегущих через бесконечно малые площади на этой поверхности. Благодаря такому представлению достигается нужная точность вычислений.
Интегральная формула
Интегральное счисление используется чаще всего для сложных кривых форм. Если рассматриваемая площадь — это простая плоскость и магнитное влияние на нее одинаково во всех точках, тогда используется такая формула магнитного потока:
Вычисление потока
На основании данной формулы можно понять, от чего зависит магнитный поток. Это такие характеристики, как индукция, площадь и угол между линиями индукции и плоскостью. Чем больше площадь, угол и индукция магнитного поля, тем сильнее магнитный поток.
Расширенное определение магнитного потока
Нам известно, в чем измеряется магнитная индукция и площадь — это тесла и метр квадратный. Следовательно, единицей измерения магнитного потока в СИ является Тл·м 2 , получившая название вебер (Вб или Wb). 1 Вебер равен 1 В·с. Согласно определению, магнитный поток, который меняется на 1 Вебер в секунду, вызовет в проводнике электродвижущую силу, равную 1 Вольту. Если продолжить разложение единицы измерения, принятой для магнитного потока в СИ до основных, то 1 Вебер = 1 кг · м 2 · с -2 · А -1 .
В более старой системе СГС используется такая единица измерения, как максвелл, сокращенное обозначение которой Мкс: 1 Мкс равен 10 -8 Вб.
Зависимости, связанные с магнитным потоком
Магнитный поток фигурирует во многих выражениях. Прежде всего, с ним связано такое понятие, как электромагнитная индукция.
Закон электромагнитной индукции
Величину ЭДС электромагнитного поля можно найти с помощью довольно простой формулы:
Формула ЭДС
Как видим, ЭДС равна отношению изменения магнитного потока dФ к промежутку времени dt, в течение которого оно совершается. Это один из ключевых законов электродинамики и физики в целом.
Вторая формула менее популярна, однако приложение теории Гаусса к магнетизму довольно просто говорит о любопытном факте:
Формула для замкнутой поверхности
Формулировка, в которой указано, что магнитный поток через любую замкнутую поверхность равен нулю, на первый взгляд непонятна. Но что такое замкнутая поверхность? Это любая гипотетическая сфера, коробка и другое вместилище. Значит, внутри него не может находиться никакого точечного источника магнитного поля, от которого бы расходились незамкнутые линии, пронзающие эту поверхность. Только магнитный вихрь жизнеспособен. Это противопоставляет магнитные явления электрическим, где всегда можно найти точечный положительный и отрицательный заряды, распространяющие в пространство свои линии напряжённости. Это объясняет, почему никогда нельзя получить один полюс магнита — их всегда два, на сколько кусков не разломай его. Магнитный поток всегда замыкается на двух полюсах.
На практике возникают ситуации, когда линии магнитной индукции проходят через поверхность, ограниченную не одним контуром, а несколькими. Например, это могут быть витки соленоида. Они имеют одинаковую площадь и расположены параллельно друг другу. Поэтому магнитный поток соленоида или катушки индуктивности вычисляется по формуле:
Расчет потока для катушки
Магнитный поток, проходящий через какую-либо поверхность, ограниченную контуром, можно изменить несколькими способами.
Способы позволяющие изменить величину магнитного потока
Применение в быту
Трудно переоценить значение магнитного потока. Именно явление электромагнитной индукции тока позволяет получать удобную, эффективную форму энергии, без которой человечество не приобрело бы нынешнего облика — электроэнергию. Изменение магнитного потока из-за вращения ротора генераторов самых разнообразных станций, работающих на химическом или ядерном топливе, силе текущей воды и ветра, позволяет генерировать переменный ток, легко передающийся по проводам на любое расстояние.
Плотность магнитного потока, магнитная индукция
Магнитная индукция — векторная величина, показывающая, с какой силой магнитное поле действует на движущийся заряд.
Является основной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.
За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.
Наименование и обозначение производной единицы СИ:
международное – tesla, T
русское – тесла, Тл
Выражение через основные и производные единицы СИ:
по материалам Российской Метрологической Энциклопедии
Магнитный поток и единицы его измерения: все, что нужно знать
Добро пожаловать в Polaridades, блог, где мы исследуем тайны и чудеса науки. По этому случаю мы окунемся в увлекательный мир магнитного потока и его единиц измерения. Вы когда-нибудь задумывались, как работает намагничивание объектов или что на самом деле означает термин «Гаусс»? В этой статье мы раскроем все тайны этой невидимой, но могущественной силы. Приготовьтесь погрузиться в путешествие открытий и понять, как магнитный поток влияет на нашу повседневную жизнь. Не пропусти это!
Магнитный поток и его единица измерения: полное введение
Магнитный поток является фундаментальным свойством магнитных полей и играет решающую роль в физике и технике. В этом подробном введении мы узнаем, что такое магнитный поток, как он рассчитывается и какова его единица измерения.
Магнитный поток — это количество силовых линий магнитного поля, которые проходят через данную поверхность. Это похоже на концепцию потока воды через трубу: чем больше воды течет, тем больше поток. В случае магнитного потока силовые линии представляют направление и силу магнитного поля.
Для расчета магнитного потока используется уравнение:
Где Φ представляет собой магнитный поток, B — плотность магнитного поля, а A — площадь поверхности, через которую проходит поток. Плотность магнитного поля измеряется в Теслах (Т), а площадь — в квадратных метрах (м²).
Единицей измерения магнитного потока является вебер (Вб), в честь немецкого физика Вильгельма Эдуарда Вебера. Вебер определяется как магнитный поток, который проходит через поверхность площадью 1 квадратный метр, когда плотность магнитного поля равна 1 Тесла.
Важно отметить, что магнитный поток является скалярной величиной, то есть он имеет только величину и не имеет направления. Это контрастирует с линиями магнитного поля, которые имеют направление и значение.
Магнитный поток находит применение в различных областях, таких как медицина (магнитно-резонансная томография), промышленность (электромагнитные двигатели) и физика (изучение магнитных полей).
Применение магнитного потока: где используется эта мощная сила природы?
Магнитный поток — это мощная сила природы, которая находит широкое применение в нашей повседневной жизни. Ниже я познакомлю вас с некоторыми основными областями, где используется эта магнитная сила.
1. Электродвигатели: Электродвигатели — это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую за счет использования магнитного потока. Магнитный поток, создаваемый электрическим током в катушке с проводом, индуцирует магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем магнита, создавая таким образом вращательное движение.
2. Трансформаторы: Трансформаторы – это устройства, позволяющие изменять напряжение электрического тока. Они работают за счет использования магнитного потока. Когда ток проходит через первичную катушку, генерируется магнитное поле, которое индуцирует ток во вторичной катушке, что позволяет увеличивать или уменьшать напряжение тока.
3. Жесткие диски: Жесткие диски, используемые в компьютерах и других электронных устройствах, также используют магнитный поток. В этих устройствах магнитный поток используется для хранения и считывания информации в виде магнитных полей на дисках.
4. МРТ: МРТ — это метод медицинской визуализации, который использует магнитные поля и радиоволны для получения детальных изображений внутренних органов человеческого тела. В этом случае магнитный поток используется для создания магнитного поля, необходимого для получения изображений.
Вы заинтересованы в: Анализ размерностей: фундаментальный инструмент в физике
5. Электрогенераторы: Электрические генераторы – это устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую. Они работают за счет использования магнитного потока. При перемещении катушки с проводом в магнитном поле в катушке индуцируется электрический ток, генерирующий таким образом электрическую энергию.
6. Электромагнетизм: Электромагнетизм — раздел физики, изучающий взаимосвязь между электрическими и магнитными полями. Магнитный поток имеет основополагающее значение в этой области, поскольку позволяет понять и объяснить, как магнитные поля взаимодействуют с электрическими токами.
Понятие магнитного потока и его определение физиками
Магнитный поток является фундаментальным понятием в физике и используется для описания величины магнитного поля, проходящего через данную поверхность. По мнению экспертов-физиков, магнитный поток определяется как произведение магнитного поля B на площадь A, через которую он проходит.
Другими словами, магнитный поток можно рассчитать по формуле:
Магнитный поток (Φ) = B * A
Где B — напряженность магнитного поля, а A — площадь, перпендикулярная магнитному полю. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб), что эквивалентно Тесле на квадратный метр (Tm^2).
Понятие магнитного потока очень важно в различных разделах физики, таких как электромагнетизм и теория поля. Это позволяет понять и описать такие явления, как электромагнитная индукция, закон Фарадея и закон Гаусса для магнетизма.
Чтобы лучше понять концепцию магнитного потока, полезно думать о линиях магнитного поля. Линии магнитного поля — это воображаемые линии, которые представляют направление и величину магнитного поля в данной точке. Магнитный поток пропорционален количеству силовых линий магнитного поля, проходящих через данную поверхность.
В случае плоской поверхности, перпендикулярной магнитному полю, магнитный поток максимален, поскольку все силовые линии магнитного поля полностью проходят через поверхность. С другой стороны, если поверхность параллельна магнитному полю, магнитный поток равен нулю, поскольку через нее не проходит линия магнитного поля.
Важно отметить, что магнитный поток является консервативной величиной, то есть его полная величина не меняется в закрытой системе. Это связано с законом сохранения магнитного потока, который гласит, что магнитный поток через замкнутую поверхность всегда постоянен, даже если магнитное поле меняется во времени.
Вот и все, поляризованные друзья! Мы подошли к концу этого магнетического путешествия! Надеюсь, что теперь вы более просвещены, чем сверхновая, о магнитном потоке и единицах его измерения.
Но не волнуйтесь, я не собираюсь проводить викторину! Я просто хочу напомнить вам, что магнитный поток измеряется в Веберах (Вб) и что он так же важен, как сыр на пицце.
Итак, вы знаете, в следующий раз, когда вы столкнетесь с магнитом, вы сможете произвести впечатление на всех, рассказав о Вебере и его магнитном потоке. И если кто-то спросит вас, почему это так важно, вы просто ответите ему, что это своего рода секретный соус физики, ингредиент, благодаря которому все работает идеально.
Что ж, я надеюсь, что этой «привлекательной» информацией я занял немного места в ваших притягательных сердцах. До встречи в следующей статье «Полярности», где мы продолжим исследовать увлекательный мир полярностей.
До новых встреч, противоположности притягиваются!
Khan Academy does not support this browser.
Чтобы пользоваться «Академией Хана», необходимо обновить ваш веб-браузер. Чтобы начать обновление, выберите один из предложенных ниже вариантов.
If you’re seeing this message, it means we’re having trouble loading external resources on our website.
Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.
Основное содержание
Course: Физика > Модуль 13
Урок 4: Магнитный поток и закон Фарадея
Поток и магнитный поток
Что такое магнитный поток?
Введение в закон Фарадея
Правило Ленца
Пример применения закона Фарадея
Введение в закон Фарадея
Ток, возникший вследствие перемещения стержня в магнитном поле
Применение закона Фарадея для генерации электрического тока
© 2024 Khan Academy
Что такое магнитный поток?
Узнайте, что такое магнитный поток и как его находить.
Что такое магнитный поток?
Магнитный поток является мерой общего магнитного поля, проходящего сквозь заданную площадь. Это очень удобный инструмент для описания эффекта, оказываемого магнитным полем на объект, занимающий такую же площадь. Величина магнитного потока зависит от выбранной площади. Мы можем выбрать любую площадь, какую захотим, и любым образом ориентировать её в пространстве относительно магнитного поля.
Если мы изображаем магнитное поле силовыми линиями , тогда каждая силовая линия, проходящая через выбранную площадь, делает свой вклад в общий магнитный поток. Также имеет значение угол, под которым силовая линия пересекает эту плоскость. Если силовая линия пересекает её под очень небольшим углом, то и вклад её в магнитный поток будет небольшим. При вычислении магнитного потока мы учитываем только ту составляющую вектора магнитного поля, которая перпендикулярна исследуемой площади.
Если мы возьмём фрагмент плоскости площадью A
, то между вектором магнитного поля (с модулем B
) и нормалью (перпендикуляром) к плоскости образуется угол θ
. Тогда магнитный поток будет равен:
Объяснение
В общем случае магнитный поток находится при помощи скалярного произведения векторов. Если B →
— вектор магнитной индукции, а A →
— вектор, перпендикулярный рассматриваемой плоскости, тогда: Φ = B → ⋅ A →